Silnik bezszczotkowy BLDC, podobnie jak silnik szczotkowy, zamienia energię elektryczną na ruch obrotowy, ale wykorzystuje inny sposób komutacji. Typowy model trójfazowy ma trzy przewody fazowe i wymaga elektronicznego sterownika, który zasila uzwojenia w odpowiedniej kolejności.
Brak szczotek eliminuje ich mechaniczne zużycie i iskrzenie na komutatorze. Dzięki temu silniki BLDC mogą osiągać wysoką sprawność, pracować długo i dobrze sprawdzają się między innymi w wentylatorach CPU oraz komputerach PC.
W tym artykule omawiamy budowę, najważniejsze parametry i sposób okablowania silnika bezszczotkowego prądu stałego. Wyjaśniamy również, dlaczego nie można podłączyć go bezpośrednio do zasilania tak jak prostego silnika szczotkowego.
Czym jest silnik bezszczotkowy?
Silnik BLDC jest silnikiem elektrycznym zasilanym ze źródła prądu stałego za pośrednictwem elektronicznego układu komutacji. Występuje w dwóch podstawowych odmianach: inrunner i outrunner. W konstrukcji inrunner obraca się wewnętrzny wirnik, a zewnętrzna część pozostaje nieruchoma. W silniku outrunner wiruje zewnętrzna obudowa z magnesami, natomiast część wewnętrzna jest nieruchoma.
Zasada wytwarzania momentu obrotowego jest podobna jak w silniku szczotkowym DC, lecz komutator mechaniczny zastępuje sterownik elektroniczny. Silnik bezszczotkowy może dzięki temu obracać się szybciej, pracować dłużej i oszczędniej wykorzystywać energię akumulatora.
Części zdemontowanego silnika BLDC.
Charakterystyka i specyfikacja silnika bezszczotkowego dc
Przykładowy silnik może przewodzić maksymalny prąd 13A przez 1 minutę.
Jego maksymalna temperatura pracy wynosi 80⁰C.
Silnik waży około 50-60g.
Maksymalna moc wynosi 150 Wattów.
Napięcie robocze to około 10v.
Trójfazowe połączenie umożliwia regulowanie prędkości obrotowej.
Prąd obciążenia wynosi 0,5A.
Nie są to uniwersalne wartości dla wszystkich silników BLDC. Producenci oferują modele o różnych parametrach, dlatego przed zakupem trzeba zawsze sprawdzić kartę katalogową konkretnej jednostki.
Urządzenie elektroniczne wykorzystujące silnik.
Konfiguracja pinów silnika bezszczotkowego
Typowy silnik bezszczotkowy jest jednostką trójfazową. Funkcje jego trzech wyprowadzeń przedstawia tabela.
| Nazwa pinu | Opis |
|---|---|
| A | podłącza się do fazy 1 |
| B | łączy z fazą 2 |
| C | łączy z fazą 3 |
Schemat sterownika silnika bezszczotkowego
Wirnik silnika przenosi zestaw magnesów trwałych, które podążają za wirującym polem magnetycznym wytwarzanym przez nieruchome uzwojenia stojana.
Schemat sterownika silnika bezszczotkowego.
Ponieważ nie ma szczotek ani komutatora mechanicznego, wirnik może obracać się z dużą prędkością i przy niskim poziomie hałasu.
Sterownik przełącza prąd w kolejnych uzwojeniach, aby pole magnetyczne stojana stale zmieniało położenie. Oddziaływanie biegunów pola z magnesami wirnika wytwarza moment obrotowy, który wprawia wał w ruch.
Pole elektromagnetyczne.
Gdzie stosować Silniki
Silniki BLDC są chętnie stosowane w projektach, w których liczą się sprawność, trwałość i możliwość precyzyjnego sterowania, a jednocześnie ważna jest rozsądna cena. Wiele popularnych modeli jest niedrogich i łatwo dostępnych.
Trójfazowy sterownik umożliwia dokładną regulację prędkości obrotowej silnika.
Gotowe moduły sterujące upraszczają uruchomienie napędu i pozwalają wygodnie zmieniać jego prędkość.
Jak skompletować okablowanie silnika bezszczotkowego
Silnika BLDC nie podłącza się bezpośrednio do źródła napięcia tak jak typowego silnika DC. Do pracy potrzebuje elektronicznego regulatora prędkości, który realizuje komutację faz.
Uruchomienie silnika trójfazowego wymaga określonej sekwencji zasilania. Pełny cykl obejmuje sześć kroków:
| Krok | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Pozytywne | A | B | C | |||
| masa | B | C | A | |||
| otwarty | C | B | A |
Przedstawiona kolejność odpowiada obrotom do przodu. Aby zmienić kierunek, należy odwrócić sekwencję komutacji.
Obwód sterowania silnikiem BLDC z przełącznikami w układzie mostkowym.
Aby odczytać tabelę, warto odnieść ją do powyższego schematu. Elementy oznaczone 1,2,3,4,5,6 tworzą gałęzie sterujące uzwojeniami fazowymi.
W kroku 1 zamykają się przełączniki 1 i 4, co zasila uzwojenia 1 i 2.
W kroku 2 zamykają się przełączniki 1 i 6, a zasilane są uzwojenia 1 i 3.
W kroku 3 zamykają się przełączniki 3 i 6, dzięki czemu prąd płynie przez uzwojenia 2 i 3.
W kroku 4 zamykają się przełączniki 3 i 2, co zasila uzwojenia 2 i 1.
W kroku 5 zamykają się przełączniki 5 i 4, zasilając uzwojenia 3 i 1.
W kroku 6 również zamykają się przełączniki 5 i 4, a zasilane są uzwojenia 2 i 3.
Aby uzyskać przeciwny kierunek obrotów, sekwencję wykonuje się w odwrotnej kolejności. Ręczne realizowanie komutacji jest skomplikowane, dlatego w praktyce stosuje się elektroniczny regulator prędkości, czyli gotowy moduł sterownika.
Silnik elektryczny z uzwojeniami.
Okablowanie silnika bezszczotkowego:Dlaczego sterownik Bldc ma trzy przewody?
Trzy przewody są potrzebne, ponieważ sterownik zasila trzy fazy silnika w odpowiedniej sekwencji. W ten sposób obwód BLDC wytwarza wirujące pole magnetyczne niezbędne do obrotu wirnika.
Trójfazowe sterowanie sprzyja wysokiej sprawności, dlatego silniki BLDC są często wybierane do zastosowań lotniczych.
Podsumowanie
Silniki BLDC dobrze sprawdzają się w dronach, samolotach i wielu innych urządzeniach wymagających sprawnego, trwałego napędu. Poszczególne modele różnią się prędkością, napięciem, prądem i mocą, dlatego przed zakupem oraz podłączeniem trzeba uważnie przeczytać kartę katalogową.
Jeśli potrzebujesz dodatkowych informacji o okablowaniu silnika bezszczotkowego albo projekcie jego sterownika, skontaktuj się z nami.